關(guān)于電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響研究

肖漢清

【摘 要】文章首先簡(jiǎn)述了諧波分析，然后分析了電力系統(tǒng)中供電諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響，最后重點(diǎn)探討了電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；影響；應(yīng)對(duì)措施

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和電力的迅速發(fā)展，居民對(duì)電能的需求與日俱增，繼電保護(hù)設(shè)備是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，繼電保護(hù)技術(shù)得到了足夠的重視，各種諧波分量的存在危害了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此加強(qiáng)對(duì)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響的研究具有重要意義。

一、諧波分析

（一）電力系統(tǒng)中的諧波

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電工定義，諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，諧波的頻率是基波的整數(shù)倍。現(xiàn)階段，由于大量得分線性負(fù)荷接入電力系統(tǒng)，在設(shè)備與電網(wǎng)連接后，系統(tǒng)中的電流、電壓會(huì)出現(xiàn)高次諧波，這些諧波會(huì)降低電能的質(zhì)量，嚴(yán)重的會(huì)威脅到電力系統(tǒng)的安全和運(yùn)行，是目前電力系統(tǒng)的公害之一。

（二）電力系統(tǒng)中諧波的危害

由于電力系統(tǒng)中的諧波對(duì)電力系統(tǒng)而言，其危害比較嚴(yán)重，綜合起來(lái)主要包括以下幾個(gè)方面：第一，對(duì)電網(wǎng)的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響；第二，嚴(yán)重危害電力設(shè)備的使用；第三，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行；第四，干擾弱電系統(tǒng)的設(shè)備的正常運(yùn)行。

（三）繼電保護(hù)的作用

如果電網(wǎng)中的變壓器、發(fā)電機(jī)及輸電線路等電氣設(shè)備發(fā)生故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)繼電保護(hù)裝置。如果故障是由于設(shè)備短暫出現(xiàn)問(wèn)題，那么繼電保護(hù)裝置會(huì)對(duì)故障進(jìn)行切除，然后閉合繼續(xù)供電，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、完全運(yùn)行；要是設(shè)備故障是由于設(shè)備持續(xù)出現(xiàn)問(wèn)題，那么繼電保護(hù)裝置應(yīng)該在切除故障之后，采取有效的措施繼續(xù)供電，這樣就能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。所以，在電力系統(tǒng)及電力設(shè)備安全運(yùn)行方面，繼電保護(hù)裝置的作用非常重要。

二、電力系統(tǒng)中供電諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

（一）影響電磁型繼電器

如果諧波的含量低于百分之四十時(shí)，那么諧波的整定值出現(xiàn)的誤差就將低于百分之十，然而，由于繼電保護(hù)裝置的整定是根據(jù)基波電壓或者電流進(jìn)行的，因此在分靜態(tài)狀況下必然會(huì)對(duì)諧波造成一定的影響。諧波存在的時(shí)候，就會(huì)造成電流繼電器出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象，如果繼電器被含有諧波的電壓作用時(shí)，那么電壓繼電器整定值要比其動(dòng)作值低很多，所以就會(huì)引起電壓器的拒動(dòng)。

（二）影響感應(yīng)型繼電器

受磁場(chǎng)作用的影響，在感應(yīng)型繼電器的圓盤(pán)或者圓筒內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會(huì)與設(shè)備中的磁場(chǎng)產(chǎn)生相互會(huì)見(jiàn)的作用，進(jìn)而出現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩，造成圓盤(pán)或者圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)。感應(yīng)型繼電器的可動(dòng)部分由于具有較大的慣性，動(dòng)作速遞相對(duì)比較慢，諧波轉(zhuǎn)矩對(duì)其造成的影響不是很大。根據(jù)電力專(zhuān)家的測(cè)算，由于諧波產(chǎn)生的畸變電流中諧波分量會(huì)在繼電器磁盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩影響，而繼電器的靈敏度隨著電流頻率的增加逐漸降低，特別是在三次諧波和五次諧波電流造成的轉(zhuǎn)矩，很大程度上對(duì)繼電器的靈敏度產(chǎn)生影響，主要原因在于畸變電流在繼電器磁盤(pán)上造成的轉(zhuǎn)矩值與電流中各次諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與基波分量之和是相等的。因?yàn)橹C波電流分量造成的轉(zhuǎn)矩值有正有負(fù)，所以繼電器有可能產(chǎn)生誤動(dòng)，也有可能產(chǎn)生拒動(dòng)，主要還是由諧波分量的有效值與諧波間相位差所決定的。

（三）影響整流型繼電器

諧波對(duì)整流型繼電器也會(huì)產(chǎn)生較大的影響，整流型繼電器的特點(diǎn)主要有：把輸入的幾個(gè)交流量進(jìn)行組合，對(duì)組合進(jìn)行整流，或者對(duì)一個(gè)輸入交流量進(jìn)行整流，把所得的電流信號(hào)或電壓信號(hào)及其動(dòng)作作為判斷的依據(jù)，決定繼電器的動(dòng)作。通常相隔兩個(gè)∏/n時(shí)有凸點(diǎn)或凹點(diǎn)出現(xiàn)，如果諧波含量越大，那么凹凸的情況就越明顯。例如：假設(shè)兩個(gè)電氣量的環(huán)形整流比相器回路構(gòu)成的方向阻抗繼電器，回路中如果含有諧波分量時(shí)，就會(huì)造成其動(dòng)作特性的改變，由規(guī)則的圓形變?yōu)椴灰?guī)則的封閉曲線，并且在曲線中存在很多個(gè)凹凸不平的點(diǎn)。如果輸電線路出現(xiàn)接地短路的故障，那么電流中的諧波含量也會(huì)增大，此時(shí)整流型繼電保護(hù)裝置會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)。

（四）影響靜態(tài)性繼電器

在靜態(tài)保護(hù)中，主要采用靜態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器兩種繼電器，有無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的器件組成。該裝置可以有效的將諧波影響消除掉，所以在目前也成為人們最受關(guān)注的保護(hù)裝置。根據(jù)相位比較原理，組成該繼電器，對(duì)兩個(gè)交流電量的比較可以采用微分比相器和積分比相器來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩種比相器都受到諧波分量的影響：對(duì)積分比相器的影響主要是各半波積分比相器進(jìn)行比較，分別是正半周或者負(fù)半周極性相同的時(shí)間，如果進(jìn)行比較的鏈各個(gè)電量中，任意一個(gè)含有諧波分量，它的方波就會(huì)被切成碎塊，這就可以使積分電壓降低，其后邊的觸發(fā)器也就不能被處罰，造成保護(hù)拒動(dòng)；微分比相器主要是將兩個(gè)交流電量全部轉(zhuǎn)換為方波，然后將其中之一通過(guò)微分電路使其產(chǎn)生脈沖，然后與兩外一個(gè)方波進(jìn)行對(duì)比，如果存在諧波，那么就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)微分脈沖，這樣就增加了交流電量過(guò)零點(diǎn)的概率，會(huì)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象。

三、預(yù)防措施分析

（一）諧波抑制措施

目前，在諧波處理上通常采用兩種方法：一是采取措施減少電力電子設(shè)備自身產(chǎn)生的諧波；二是增設(shè)濾波裝置濾除電網(wǎng)中的諧波。對(duì)于第一種方法，一般采用的是多脈動(dòng)整流方法，是按一定的規(guī)律將兩個(gè)或多個(gè)（通常為偶數(shù)個(gè)）變流器進(jìn)行組合，通過(guò)移相變壓器對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行移相，使得各個(gè)整流橋輸入電壓存在一定的相位差，從而獲得整流負(fù)載電流之間的相位差，不同相位差的整流負(fù)載電流在電網(wǎng)側(cè)的疊加，可以使某些次諧波相互削弱或抵消，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電流的正弦化矯正。

對(duì)于諧波抑制的第二種方法，在工程中裝設(shè)的濾波裝置包括無(wú)源濾波器和有源濾波器，無(wú)源濾波器價(jià)格相對(duì)低廉，采用電容C和電感L元件組成濾波電路，在諧振頻率下合成阻抗為零，迫使該次諧波電流流向?yàn)V波支路，不能傳播到電網(wǎng)造成危害，但是其濾波效果有限；有源濾波器在工程應(yīng)用時(shí)要備有諧波發(fā)生源和大功率晶閘管元器件，還要配有跟蹤控制和脈寬調(diào)制系統(tǒng)，其濾波效能優(yōu)越，但成本稍高。

（二）改進(jìn)繼電保護(hù)的措施

對(duì)于改進(jìn)繼電保護(hù)主要由兩方面的措施：輔助措施和自主措施。如選擇輔助措施，可采用配電系統(tǒng)中自帶的頻率測(cè)試儀對(duì)諧波頻率進(jìn)行測(cè)試，以輔助繼電保護(hù)裝置對(duì)電壓、電流進(jìn)行測(cè)量和值的比較；也可以以使保護(hù)中的輸入信號(hào)正常為目的，增加濾波裝置；也可以以使繼電保護(hù)裝置只反應(yīng)突變量，且僅反應(yīng)突變量為目的，接入一個(gè)微分電路于繼電保護(hù)裝置的執(zhí)行元件前，也就是說(shuō)，使用反映增量的裝置；或者加裝諧波閉鎖環(huán)節(jié)于配電系統(tǒng)中的各類(lèi)保護(hù)間。對(duì)于自主措施，是以繼電保護(hù)裝置自身為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值進(jìn)行合理設(shè)定，以使繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作正確、可靠。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，諧波對(duì)電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)造成的影響非常的大，因此我們?cè)趯?shí)踐中，應(yīng)有效地保證繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)出現(xiàn)的故障應(yīng)采取有效的措施時(shí)進(jìn)行解決，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

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